ENERGIA DAL SOLE. Paolo Gambino, Università di Torino

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1 ENERGIA DAL SOLE Paolo Gambino, Università di Torino

2 L ENERGIA DAL SOLE 1PW=10 15 W= 1 milione di miliardi di W= 1 milione di GW In un ora più energia di quella che l umanità usa in un anno. Da qui fotosintesi (biomasse), vento, idroelettrico...

3 DIRETTAMENTE DAL SOLE Archimede, III sec. a.c. Romani, I sec d.c.

4 LA RADIAZIONE SOLARE L energia del sole ci arriva sotto forma di radiazione ovvero onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio vuoto. Il nostro occhio è sensibile solo a una parte della radiazione solare.

5 I FOTONI La radiazione elettromagnetica è formata da un numero enorme di quanti, i fotoni, che hanno frequenza f ben definita e portano un energia E=h f. I fotoni interagiscono con gli atomi

6 LO SPETTRO

7 Prima di attraversare l atmosfera il flusso di energia è di 1350 W/m 2. Al suolo però ne arriva solo una parte, circa 1000 W/m 2 in condizioni ottimali (cielo limpido) In media, circa kwh/m 2 arrivano ogni giorno sulla superficie in Italia (2 in dicembre, 6 in giugno)

8 EFFICIENZA η = E prodotta E ricevuta Frazione di energia solare convertita in energia utile (termica, elettrica ecc.). Dipende dalla tecnologia ma anche da condizioni esterne: temperatura, vento, inclinazione solare,... Va considerata insieme ad altri aspetti: tipo di energia prodotta, costo dell apparato, costo dell installazione, bilancio energetico, durata, richiesta di suolo, impatto ambientale, geopolitica... La compresenza di molti fattori tecnologici, socio-economici e politici rende complesso anche lo sfruttamento dell energia solare.

9 SCOPRIRE L ACQUA CALDA I comuni pannelli termici sono un ottimo investimento che si ripaga nel giro di pochi anni: perchè sono più diffusi in Austria che in Italia?

10 RENDIMENTI Perdita di efficienza dovuta a conduzione e convezione termica e irraggiamento. Copertura vetrata aiuta.

11 CON TECNOLOGIE AVANZATE... Il vuoto è il miglior isolante! Questi pannelli raggiungono temperature elevate ed alti rendimenti >50% anche quando fa freddo o il cielo è coperto C.Benvenuti, CERN

12 ...O A BASSO COSTO M. Anselmo, Torino Materiali semplici di uso comune in agricoltura, efficienza mediocre, adatto a usi industriali, paesi in via di sviluppo

13 RISCALDAMENTO DEL FUTURO Il solare termico giocherà un ruolo fondamentale, assieme a geotermia e migliore coibentazione.

14 FOTOVOLTAICO centrale da 500KWp Oggi in Italia ci sono 5600 MWp installati

15 EFFETTO FOTOVOLTAICO

16 EFFETTO FOTOVOLTAICO

17 FOTOVOLTAICO Produrre un pannello PV richiede tanta energia quanta se ne ricava in 1-2 anni, nei successivi 20 anni di vita ci dà molta energia pulita.

18 RISPOSTA SPETTRALE E legata alla probabilità che un fotone di lunghezza d onda definita venga assorbito e trasformato in energia elettrica. Lo spettro della luce incidente dipende da molti fattori

19 PANNELLI IBRIDI (PVT) L efficienza dei pannelli PV diminuisce all aumentare della temperatura. Pannelli PV e termici possono essere uniti per massimizzare il rendimento.

20 TRE GENERAZIONI DI FOTOVOLTAICO Prima generazione: silicio mono/policristallino, ε~15-17% Seconda generazione: film sottile, più economico ε~8-10% Terza generazione: punta ad alte ε, molte tecnologie tra cui multistrato, nanomateriali...

21 MULTI-JUNCTION

22 ALLA RICERCA DELL EFFICIENZA

23 FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE (CPV) I pannelli FV ad alto rendimento sono costosi. Perchè non concentrare la luce su un piccolo pannello FV?

24 LENTI DI FRESNEL Usano molto meno materiale a parità di distanza focale, grande potere concentrante

25

26 Cogenerazione: elettricità + calore per acqua calda, desalinizzazione, condizionamento... Lenti di vetro

27 CPV Richiedono un tracker, ma hanno un rendimento molto competitivo già oggi ~25% sull impianto operativo Un grande impianto da MW è in costruzione in Baja California.

28

29 IL FUTURO DEL CPV National Renewable Energy Lab, Nov 2009

30 SOLARE A CONCENTRAZIONE Il fotovoltaico non è l unico modo per produrre energia elettrica col sole: concentrando i raggi del sole si possono raggiungere alte temperature per alimentare turbine come in una centrale termoelettrica. Più alta la temperatura, migliore l efficienza. Si tratta di grandi impianti in zone dal clima adatto, ci sono soluzioni per prolungare la produzione di energia dopo il tramonto. Un alternativa sono gigantesche batterie chimiche o meccaniche

31 ANDASOL Impianto da 150MW a sali fusi vicino Granada (Spagna)

32 ANDASOL

33 ANDASOL Tre settori da 50 MW, ognuno dà MWh/anno efficienza media 15% potenza media complessiva sull anno 10W/m 2

34 Le tecnologie sono già disponibili, testate e sicure (solare a concentrazione, FV, eolico, linee di trasmissione ad alta tensione in corrente continua). Bassa stagionalità. Approccio olistico: sviluppo economico, rispetto dell ambiente, desalinizzazione, cooperazione internazionale. Una rete di impianti che potrebbe coprire il fabbisogno locale e coprire una quota consistente (15-20%?) del fabbisogno elettrico europeo, almeno 15W/m 2 Un quadrato di meno di 50km di lato può coprire il fabbisogno elettrico italiano.

35 PROGETTO DESERTEC

36 TECNOLOGIE DESERTEC HVDC (cavi ad alta tensione in corrente continua) permettono di ridurre le perdite di potenza al 3% su 1000 km. Richiedono un grande investimento

37 Collettori Fresnel

38 TORRI SOLARI PS-20 vicino a Siviglia, 20MW

39 Text PS10+PS20= specchi mobili di 120m 2

40 CONCLUSIONI L energia solare è uno dei pilastri di qualunque politica energetica, specialmente in Italia. Forte sviluppo tecnologico negli ultimi anni, finalmente progetti di grande scala operativi, maggiori investimenti in R&D necessari. Non c è tempo da perdere. Data la natura e complessità dei problemi la soluzione può venire solo da un mix di tecnologie.

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